La présente invention concerne les modules de commande de circuit électrique de véhicules automobiles, en particulier de véhicules électriques, et plus particulièrement la mise en veille et le réveil des éléments qui le composent.
Dans un véhicule automobile électrique ou hybride, une partie du circuit électrique est alimentée avec une haute tension, de l'ordre de 400 Volts, tandis que pour les circuits de commande, générant et véhiculant les signaux de commande, l'alimentation se fait en basse tension, de l'ordre de 5 à 12 Volts.
La partie alimentée en haute tension comporte en général tous les modules fonctionnels de puissance, tels que le moteur de propulsion du véhicule et le chauffage du véhicule. La haute tension permet à puissance égale d'abaisser l'intensité, et donc les pertes par effet Joule. La partie alimentée en basse tension comporte quant à elle en particulier les éléments de commande, tels qu'un bus de connexion.
Les deux parties du circuit électrique sont séparées par une isolation, appelée barrière galvanique, permettant d'éviter une décharge de haute tension dans la partie basse tension. Les passages à travers la barrière galvanique sont réalisés au moyen de transformateurs électriques, placés entre les lignes haute et basse tension appelées à interagir.
Pour le contrôle des fonctions du circuit, celui-ci comporte un microcontrôleur, qui pilote, selon des commandes appliquées par l'utilisateur via des modules de commutation, et/ou des signaux émanant de capteurs reliés par le bus basse tension, les différents modules fonctionnels du circuit. En particulier, il est impossible de faire passer des mesures analogiques de tension ou intensité à travers la barrière galvanique sans recourir à un convertisseur coûteux.
Aussi, si le microcontrôleur se trouve du côté basse tension de la barrière galvanique, il ne pourra recevoir des mesures concernant les modules fonctionnels haute tension du circuit qu'au moyen de convertisseurs intercalés, qui nuisent à la précision et/ou sont coûteux.
Si le microcontrôleur se trouve du côté haute tension de la barrière galvanique, il lui sera impossible de contrôler la mise en veille du dispositif sans l'implémentation de lignes découplées galvaniquement supplémentaires, le contrôle des éléments formant la barrière galvanique est alors en particulier problématique.
Pour pallier au moins partiellement les défauts précédemment mentionnés, l'invention a pour objet un module de commande électronique de circuit électrique de véhicule automobile, destiné à être relié de manière galvaniquement isolée à un circuit électrique de véhicule automobile comportant au moins un module fonctionnel alimenté en haute tension, le module de commande comprenant :
Ainsi, le module de commande selon la présente invention permet une mise en veille, ce qui assure une consommation réduite de l'électronique de commande.
Le module de commande peut en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison.
Le bus de connexion est un bus LIN.
Le bus de connexion est, alternativement, un bus CAN ou un bus FlexRay™.
Le coupleur non-galvanique est un photocoupleur ou un coupleur capacitif.
Le module de commande comporte en outre une ligne de signal de maintien reliant le bus de connexion et le microcontrôleur via le coupleur non-galvanique, et l'organe de commutation est configuré pour ouvrir l'interrupteur en l'absence d'un signal de maintien sur la ligne de signal de maintien et en ce que le microcontrôleur est configuré pour interrompre le signal de maintien en cas d'absence d'activité du au moins un module fonctionnel pendant une durée prédéterminée.
Le transformateur comporte une sortie isolée galvaniquement du bus de connexion, fournissant une alimentation très basse tension.
Ladite sortie fournissant une alimentation basse tension peut alors être reliée au microcontrôleur, et ledit microcontrôleur être configuré pour moduler l'alimentation basse tension reçue en entrée afin d'obtenir un signal de commande en sortie pour basculer des transistors haute tension de contrôle du au moins un module fonctionnel.
L'invention a aussi pour objet un procédé de mise en veille associé d'un module de commande électronique de circuit électrique de véhicule automobile tel que précédemment décrit, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes,
L'invention a aussi pour objet un procédé de mise en veille associé d'un module de commande électronique de circuit électrique de véhicule automobile tel que précédemment décrit, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes :
L'invention a aussi pour objet une procédé tel que décrit précédemment, caractérisé en ce qu'il comporte en outre les étapes suivantes :
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaissent à la lecture de la description suivante des figures parmi lesquelles :
Sur toutes les figures les mêmes références se rapportent aux mêmes éléments.
La
En
Le module fonctionnel 5 fonctionne à haute tension et à forte puissance, il doit donc être isolé des éléments basse tension du module de commande 3.
Le circuit électrique 1 comporte aussi une interface extérieure 7 reliée au module de commande 3, du côté basse tension du circuit 1, comportant par exemple des capteurs et ou des commutateurs. Les capteurs génèrent des signaux en fonction de leurs détections, signaux utilisés pour adapter le fonctionnement du module fonctionnel à des conditions détectées par les capteurs. Les commutateurs permettent à un utilisateur d'influer sur le mode de fonctionnement du module fonctionnel 5.
Les capteurs peuvent par exemple comporter des capteurs de température de la batterie, pour permettre un bridage de la puissance du moteur en cas d'échauffement de la batterie du véhicule. Alternativement ou en parallèle, les capteurs peuvent comporter des capteurs de température d'habitacle, pour adapter la puissance d'un système de chauffage dudit habitacle en fonction de la température détectée.
Les commutateurs peuvent par exemple comporter des commutateurs implémentés dans l'habitacle, au niveau du tableau de bord en particulier, qu'un utilisateur place dans un état de commutation particulier pour obtenir un mode de fonctionnement correspondant du module fonctionnel 5.
Le module de commande 3 comprend un bus de connexion 9, comprenant des connexions entre les éléments du circuit et au moins un pilote. Le bus de connexion 9 peut par exemple être un bus de type LIN (Local Interconnection Network), CAN (Controller Area Network), ou FlexRay™. Le bus LIN est particulièrement adapté si le nombre de capteurs et de commutateurs reste limité, du fait de sa simplicité, de sa robustesse et de son faible coût.
Le bus de connexion 9 est configuré de sorte à recevoir de l'interface extérieure 7 des signaux de consigne, qui doivent être transmis à un microcontrôleur 11, relié aux modules fonctionnels 5. Le bus de connexion 9 est une interface entre un bus de communication du module de commande 3 et le microcontrôleur 11, le bus de connexion 9 étant connu sous le nom de bus transceiver en anglais. Le microcontrôleur 11 contrôle en particulier un certain nombre de transistors haute tension 51 des modules fonctionnels 5, transistors haute tension 51 basculés au moyen d'un signal basse tension.
Le bus de connexion 9 et le microcontrôleur 11 sont reliés par des lignes de signal, ici au nombre de trois : une ligne de réception Rx, une ligne de transmission Tx, et une ligne de signal de maintien H (pour « hold »). La ligne de réception Rx sert à transmettre des signaux de consigne du bus de connexion 9 au microcontrôleur 11, la ligne de transmission Tx sert à transmettre des signaux de consigne du microcontrôleur 11 au bus de connexion 9. La ligne de signal de maintien sert à transmettre un signal de maintien du microcontrôleur 11 au bus de connexion 9.
Les lignes Rx, Tx, H sont interrompues par un coupleur non-galvanique 13. Le coupleur non-galvanique 13 est placé entre le bus de connexion 9 et le microcontrôleur 11. Le coupleur non-galvanique 13 permet la transmission de signaux à travers les lignes Rx, Tx, H tout en assurant l'isolation galvanique entre le bus de connexion 9 et le microcontrôleur 11.
Le coupleur non-galvanique 13 comporte une partie basse tension 131 et une partie haute tension 133. La partie basse tension 131 est raccordée au bus de connexion 9, la partie haute tension 133 est raccordée au microcontrôleur 11. Les parties haute et basse tension 131, 133 sont reliées entre elles par un couplage non-galvanique, par exemple un photocouplage, de sorte à réaliser l'isolation galvanique. Dans cette configuration, les parties haute et basse tension 131, 133 du coupleur non-galvanique 13 comportent des diodes électroluminescentes et des phototransistors.
Le couplage peut être de type analogique, si le microcontrôleur 11 doit suivre un signal de consigne variant continûment, ou bien de type numérique si les états du module fonctionnel 5 que contrôle le microcontrôleur 11 peuvent être réduits à un nombre fini.
Alternativement, le coupeur non-galvanique 13 peut être un coupleur électromécanique, qui relaie le signal par basculement d'interrupteurs ayant une valeur numérique, ou bien un contacteur statique, utilisant des semi-conducteurs pour accomplir cette tâche.
Il est à noter que le microcontrôleur 11 se trouve du côté haute tension de la barrière galvanique, ici matérialisée par le coupleur non-galvanique 13.
Le module de commande 3 comporte en outre un transformateur 15, par exemple à inductance, alimenté par une source basse tension 17. Le transformateur 15 reçoit du courant d'alimentation de la source basse tension 17 à une entrée 151, et utilise ledit courant d'alimentation pour induire des courants de sortie dans des sorties 153, 155, 157, reliées aux éléments du circuit 1 à alimenter.
La source basse tension 17 est en général une connexion à la batterie du véhicule via d'éventuels adaptateurs de tension. Le transformateur 15 est un isolant galvanique, utilisant par exemple un ou plusieurs circuits de couplage magnétique.
La première sortie 153 est reliée à la partie basse tension 131 du coupleur non-galvanique 13, la deuxième sortie 155 est reliée à la partie haute tension 133 du coupleur 13, et au microcontrôleur 11.
Le transformateur 15 peut comporter une sortie supplémentaire 157 produisant un courant basse tension utilitaire. Ce courant utilitaire peut en particulier être de tension différente par rapport au courant fourni par les autres sorties 151, 153, 155.
Le courant basse tension utilitaire peut être utilisé pour basculer les transistors que contrôle le microcontrôleur 11. Pour ce faire, le microcontrôleur 11 module le courant basse tension utilitaire et utilise le signal modulé comme signal de commande de transistors haute tension contrôlant des éléments de la charge 5.
Le transformateur 15 peut en particulier être combiné ou intégré dans le ou les transformateurs usuellement disposés au niveau des barrières galvaniques pour produire des courants basse tension d'alimentation ou de signal. En particulier, en bloquant le courant utilitaire le microcontrôleur 11 génère un état « bas », et en laissant passer le courant utilitaire le microcontrôleur 11 génère un état « haut ».
Entre l'entrée 151 du transformateur 15 et la source basse tension 17 est disposé un interrupteur 19. Cet interrupteur 19 peut notamment être un transistor de puissance, de type MOSFET par exemple. L'interrupteur 19 est contrôlé par un organe de commutation 91 intégré dans le bus de connexion 9. L'organe de commutation 91 bascule l'interrupteur 19 entre les états ouvert et fermé en fonction de signaux véhiculés sur le bus 9. En particulier, l'organe de commutation 91 du bus de connexion 9 est configuré pour ouvrir l'interrupteur 19 lorsqu'aucun signal de maintien n'est détecté sur la ligne de signal de maintien H et pour fermer ledit interrupteur 19 lorsque un signal de maintien est présent. Inversément, l'organe de commutation 91 est aussi configuré pour fermer l'interrupteur 19 en présence d'un signal de maintien sur la ligne de signal de maintien H.
L'organe de commutation 91 est, pour son état en veille ou réveillé, solidaire du bus de connexion 9 en ce que si le bus de connexion 9 est mis en veille, l'organe de commutation 91 entre en état de veille aussi, et réciproquement, un réveil du bus 9 entraîne un réveil de l'organe de commutation 91.
La
La première étape 101 est la réception d'une requête de mise en veille par le bus de connexion 9. Une requête de mise en veille est émise par l'interface extérieure 7, par exemple soit lors d'une interruption du contact (retrait de la clé du véhicule), soit parce qu'un détecteur détecte une condition de mise en veille (surchauffe dangereuse, charge de la batterie très basse, etc.).
Par exemple ladite requête peut être émise par le microcontrôleur 11, si celui ci détecte une inactivité prolongée du dispositif.
La détection d'inactivité par le microcontrôleur 11 peut par exemple se faire en mémorisant la consommation électrique du ou des modules fonctionnels 5 sur une période prédéterminée, généralement de l'ordre de plusieurs secondes, et en vérifiant que celle-ci ne dépasse pas un certain seuil au delà duquel une activité du module 5 est certaine, pendant la période de mémorisation.
Si une requête de mise à l'arrêt est reçue par le bus de connexion 9 d'une autre provenance, elle est d'abord transmise au microcontrôleur 11, qui met hors tension ou en veille tous les éléments possibles du ou des modules fonctionnels 5.
Le microcontrôleur 11 procède à une mise hors tension ou en veille des éléments encore alimentés du ou desdits modules fonctionnels 5 au cours de l'étape suivante 103.
Suite à la mise hors tension ou en veille des éléments électriques du ou des modules fonctionnels 5, le microcontrôleur 11 suspend l'émission du signal de maintien sur la ligne de signal de maintien H au cours de l'étape suivante 105.
Lorsqu'il ne reçoit plus de signal de maintien, le bus de connexion 9 déclenche l'ouverture de l'interrupteur 19 au cours de l'étape suivante 107 au moyen de l'organe de commutation 91. L'ouverture de l'interrupteur 19 provoque l'arrêt de l'alimentation du transformateur 15. Dès lors que le transformateur 15 n'est plus alimenté, ses sorties 153, 155, 157 ne délivrent plus de courant. L'absence de courant aux sorties 153, 155, 157 signifie la mise à l'arrêt des parties haute tension et basse tension 131, 133 du coupleur 13, du microcontrôleur 11 et du courant utilitaire.
Finalement, le bus de connexion 9 se met en veille au cours de la dernière étape 109, en appliquant les procédures de mises en veille propres à son protocole (LIN, CAN, FlexRay™, etc.). Cette mise en veille entraîne celle de l'organe de commutation 91.
Dès lors, tous les éléments du circuit 1 sont à leur état de consommation minimal.
La
La première étape 201 est la réception d'un signal d'activation émanant de l'interface extérieure 7 par le bus de connexion 9. À l'étape suivante 203, le bus de connexion 9 ferme l'interrupteur 19 au moyen de l'organe de commutation 91.
Un signal d'activation peut par exemple être émis par un détecteur de démarrage de l'interface 7 lors du démarrage du véhicule.
La fermeture de l'interrupteur 19 entraîne la mise sous tension du transformateur 15, et partant l'alimentation des éléments raccordés aux sorties 153, 155, 157 : les parties haute et basse tension 131, 133 du coupleur 13, le microcontrôleur 11 et la ligne de courant utilitaire sont à nouveau alimentés.
Le microcontrôleur 11, une fois alimenté, émet à nouveau un signal de maintien et reprend la détection d'inactivité à l'étape suivante 205.
Le module de commande 3 tel que décrit permet donc la mise en oeuvre simple de procédés de réveil et de mise en veille dudit module de commande 3. En particulier, la totalité des éléments impliqués peut être mise hors tension, sans que le microcontrôleur 11 aie à être implémenté du côté basse tension de la barrière galvanique. Dès lors, seules les trois lignes Rx, Tx, H doivent présenter un couplage isolant galvaniquement, au lieu de toutes les lignes de contrôle des modules fonctionnels 5.
L'invention permet donc la réalisation d'un module de commande moins coûteux et permettant une diminution de la consommation au repos de l'électronique 1 du véhicule automobile.